GSM—R分布式基站共小區(qū)技術(shù)在青榮城際樞紐站覆蓋中的應(yīng)用

張智等

摘要：在GSM-R網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)過程中，存在多條新建鐵路引入同一鐵路樞紐以及在樞紐地區(qū)存在著交叉并線等情況。隨著既有線無線列調(diào)改造成GSM-R網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模實施，在樞紐地區(qū)GSM-R網(wǎng)絡(luò)的無線覆蓋問題日益突出。文章根據(jù)青榮城際樞紐站的具體實施和應(yīng)用情況，介紹了分布式基站共小區(qū)技術(shù)的原理和特點以及如何解決青榮城際樞紐的覆蓋問題。

關(guān)鍵詞：GSM-R網(wǎng)絡(luò)；分布式基站；共小區(qū)技術(shù)；直放站；鐵路樞紐 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TN929 文章編號：1009-2374（2015）12-0052-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.12.026

1 鐵路GSM-R覆蓋方案現(xiàn)狀

1.1 宏基站覆蓋方案

宏基站是目前GSM-R信號覆蓋的主要手段，其功率大、容量高的特點可以滿足平鐵路沿線的遠(yuǎn)距離覆蓋和容量的需求。雖然技術(shù)已經(jīng)非常成熟，但其功率大的特點也給鐵路交叉、并線、隧道等覆蓋場景帶來了諸多干擾、切換問題，同時需要機(jī)房、鐵塔的配套，因此在部分特定覆蓋區(qū)域的實際使用中受到了限制。

1.2 直放站覆蓋方案

鐵路線延伸區(qū)域廣闊，涉及地形復(fù)雜，沿線眾多隧道，山體和坡地等因素都對GSM-R信號形成阻擋產(chǎn)生盲區(qū)，使用GSM-R基站進(jìn)行整條鐵路線的信號覆蓋無疑將產(chǎn)生巨額資金投入。

為了解決局部覆蓋盲區(qū)問題并兼顧建設(shè)成本，GSM-R已經(jīng)引入了成本更低的直放站解決方案，并取得了比較良好的應(yīng)用效果。

當(dāng)前在鐵路GSM-R系統(tǒng)中應(yīng)用較多的直放站主要分為兩種：干放式直放站和光纖拉遠(yuǎn)直放站。其中，干放式直放站通過耦合近端基站的信號，經(jīng)功率放大后輸出至天饋系統(tǒng)，以達(dá)到對低話務(wù)量、弱信號區(qū)的覆蓋，但因其輸出功率有限，應(yīng)用局限性較大；光纖拉遠(yuǎn)直放站是結(jié)合目前鐵路沿線已有的光纖資源，引入信號延伸設(shè)備對GSM-R基站信號進(jìn)行延伸和補(bǔ)盲的解決方案，產(chǎn)品相對于傳統(tǒng)直放站產(chǎn)品有著較大的優(yōu)勢。圖2是光纖拉遠(yuǎn)直放站的應(yīng)用圖示：

直放站雖然成本低廉，在狹小的單點覆蓋區(qū)域具有良好的經(jīng)濟(jì)實用性，但由于原理上僅是耦合基站信號進(jìn)行二次放大，并不能增加GSM-R系統(tǒng)容量。同時直放站的引入，將抬升宿主基站3～6db的底噪，極端情況下，宿主基站的覆蓋半徑可能縮減2～4倍，客觀上影響了宏基站的覆蓋和網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)，尤其像交叉、并線、樞紐站等對干擾、切換指標(biāo)要求嚴(yán)格的城際、高鐵線路，直放站已經(jīng)滿足覆蓋需求。

2 分布式基站方案介紹

GSM-R分布式基站系統(tǒng)，從架構(gòu)上看，就是把傳統(tǒng)的宏基站設(shè)備（BTS）分為兩部分：基帶處理單元（BBU）和遠(yuǎn)端射頻處理單元（RRU），二者通過CPRI（Common Public Radio Interface）接口光纖進(jìn)行通信。BBU是基帶控制單元，完成基站與BSC之間的交互功能。RRU主要完成基帶信號和射頻信號的調(diào)制解調(diào)、數(shù)據(jù)處理、合分路等功能。在網(wǎng)絡(luò)部署時，將BBU設(shè)置在通信機(jī)房內(nèi)，通過E1接入到傳輸設(shè)備，同時通過光纖與規(guī)劃站點上部署的RRU進(jìn)行連接，完成網(wǎng)絡(luò)覆蓋。

分布式基站本質(zhì)上是基站的一種，與上文所述的光纖直放相比有本質(zhì)區(qū)別。它不但可以提供獨立的載頻容量，還能通過光纖將射頻模塊拉遠(yuǎn)，對隧道、橋梁、交叉、并線、編組站等復(fù)雜覆蓋場景提供了一種新的解決方案。

3 分布式基站多站點共小區(qū)技術(shù)

分布式基站在實際網(wǎng)絡(luò)覆蓋中，根據(jù)實際的場景（隧道、路塹、彎道，三岔口等）部署RRU，每個RRU構(gòu)成一個覆蓋小區(qū)。每套BBU可以連接多套RRU設(shè)備。分布式基站多站點共小區(qū)技術(shù)將BBU下的多個RRU站點合并成一個小區(qū)。每套RRU拉遠(yuǎn)實現(xiàn)一個站點下的多個物理小區(qū)（稱為位置組）分屬不同的物理地址，但是邏輯上屬于同一個小區(qū)。每個位置組的載頻數(shù)、頻點、信道配置、CGI等小區(qū)級的參數(shù)配置為相同。每個位置組通過BBU控制，實現(xiàn)空口同步發(fā)送，不同位置組間不會形成同頻干擾。通過網(wǎng)管配置主位置組，主位置組的TRX完成所有業(yè)務(wù)功能，包括小區(qū)的管理、業(yè)務(wù)的控制等；從位置組接收調(diào)制數(shù)據(jù)或者將上行解調(diào)后數(shù)據(jù)傳送到主位置組。單套BBU配置可6個CPRI接口，可分別接6個位置組。通過使用共小區(qū)技術(shù)，可以擴(kuò)大小區(qū)覆蓋距離，從而減少跨小區(qū)切換次數(shù)。

4 分布式基站多站點共小區(qū)技術(shù)應(yīng)用場景

4.1 交叉線路場景

在交叉線路場景下，列車運行線路復(fù)雜，小區(qū)切換判決困難，可以使用多站點共小區(qū)特性解決此問題。例如圖中上半部分的情況，按照一般的宏基站的網(wǎng)絡(luò)部署，位于分叉節(jié)點的小區(qū)3，受到來自6個小區(qū)的信號干擾。這樣的情況下，無法利用GSM-R的4M頻率，規(guī)劃出O2的站點。如果采用交織冗余覆蓋，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃無法進(jìn)行，頻點規(guī)劃不開。位于小區(qū)3并且即將移向小區(qū)4和5的用戶，無法有效地判斷和控制小區(qū)切換。

如果采用分布式基站多站點共小區(qū)的特性，將分叉節(jié)點所在的位置和其前后的主線與分線，都規(guī)劃在一個小區(qū)的不同位置組，擴(kuò)大小區(qū)的范圍，在4M頻段內(nèi)，可以規(guī)劃出O6站型，滿足容量需求，減低頻率規(guī)劃的難度。同時，位于分叉節(jié)點的用戶，無論向哪個方向移動，都屬于同一個小區(qū)的范圍內(nèi)，不會出現(xiàn)小區(qū)間切換難以判斷的問題。

4.2 并線及樞紐場景

并線及樞紐站區(qū)域列車多、調(diào)度繁忙，對GSM-R容量提出更高的要求，傳統(tǒng)基站很難進(jìn)行頻率規(guī)劃。部署分布式基站并且采用共小區(qū)特性可以規(guī)劃出滿足大容量需求的站型。

同時，樞紐站分支線路多，對GSM-R小區(qū)切換控制提出了更高的要求，傳統(tǒng)基站無法保證小區(qū)切換到正確的分支線路。分布式基站延長了小區(qū)覆蓋，例如圖6所示，在分叉路口安放的RRU可以保證列車無論繼續(xù)向哪個方向運行，都不需要在該路口執(zhí)行切換。一旦進(jìn)入分支線路，相鄰小區(qū)只由該線路上唯一的宏基站提供，從而保證了到各分支線路切換的準(zhǔn)確性。

4.3 隧道/橋梁覆蓋場景

隧道和橋梁場景中，通信設(shè)備的安裝空間有限，站點部署困難。利用分布式基站體積小、重量輕、安裝靈活的特點，可以合理規(guī)劃站點位置。隧道中兩個BBU需要盡量放置在不同的地點，例如分別放在隧道的兩端。同時，共小區(qū)特性的采用，擴(kuò)大了單小區(qū)的覆蓋距離，可以避免在入口處和隧道內(nèi)的切換，提高通信質(zhì)量。如下圖，一般容量的規(guī)劃需求是O2，因此頻率資源相對充足，為了提高兩張網(wǎng)絡(luò)之間的切換性能，減少對維護(hù)的需求，使用普通的雙網(wǎng)備份，以保證中斷的業(yè)務(wù)用戶可以在瞬間倒換到備網(wǎng)。

5 青榮城際樞紐站案例分析

改用分布式基站覆蓋方案如下：

青榮城際鐵路進(jìn)入煙臺站時，在官莊（DK202+170）、煙臺南（DK200+850）、西陌堂（DK195+790）單獨設(shè)置宏基站；三個車站之間的三角區(qū)域采用分布式基站覆蓋，分布式基站采用BBU備份，兩個BBU分別放在西陌堂和煙臺南站。每個RRU分別連接2個BBU，主用BBU出現(xiàn)故障后切自動換到備用的BBU，具體覆蓋方案如圖8所示：

頻率規(guī)劃：

6個位置區(qū)RRU采用共小區(qū)技術(shù)，站型按02考慮。

光纖走線方案：

BBU放在“管莊”車站，那么所有光纖都要從“管莊站”引出，直通到“西陌堂站”后折回到“煙臺南站”，這樣沿線所有RRU都能連接到BBU。具體如圖9所示：

過軌方案：一個RRU覆蓋兩三個隧道，隧道口需要有過軌條件，保障饋線能夠到達(dá)不同的隧道口。

小節(jié)分析：（1）解決青煙威榮的樞紐引入的規(guī)劃問題；（2）為后續(xù)其他線路，包括既有線接入樞紐時的頻率規(guī)劃問題提供參考。

6 結(jié)語

分布式基站具有先進(jìn)的技術(shù)，尤其是分布式基站的共小區(qū)技術(shù)，通過在GSM-R系統(tǒng)中應(yīng)用的場景分析和應(yīng)用，對解決我國鐵路GSM-R無線頻率不足，尤其是樞紐地區(qū)、交叉并線區(qū)域的無線覆蓋，相對于直放站及宏基站有明顯優(yōu)勢，在實際工程實施中，可結(jié)合具體場景合理應(yīng)用分布式基站技術(shù)。

作者簡介：張智（1983-），男，山東濟(jì)南人，中鐵工程設(shè)計咨詢集團(tuán)公司濟(jì)南院工程師，研究方向：通信工程。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）